JP6010111B2 - 高い色温度を有する放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車の前方照明に使用するための高圧ガス放電ランプに関する。

放電ランプ、特にＨＩＤ（高輝度放電）ランプは、高光束が求められる応用領域に広く使用されている。特に自動車分野では、ＨＩＤランプは、車両用ヘッドライトとして使用されている。

放電ランプは、例えば石英ガラスで作られ、内部に放電空間を有する密封放電容器を含む。互いから隔てて配置された２つの電極が放電空間内に突き出て、これらの間でアークを点火する。放電空間は、希ガスと、金属ハロゲン化物といった更なる成分とを含む充填材を有する。

今日の重要な側面は、エネルギー効率である。放電ランプの効率は、使用電力に関連して出力されたルーメンとして測定される。今日、自動車の前方照明に使用される放電ランプでは、３５ワットの定常状態運転電力において、約９０ルーメン毎ワット（ｌｍ／Ｗ）の効率が達成される。

例えば２０〜３０Ｗの範囲内、具体的には２５Ｗの低公称電力を有する放電ランプが既に提案されている。しかし、２５Ｗでの動作に従来の３５Ｗデザインを使用することは十分ではない。これらのデザインは、低電力で動作される場合、効率が大幅に減少するからである。自動車の前方照明に依然として十分な光束をもたらすためには、ＨＩＤランプは、低動作電力で、高効率を出す特殊デザインがなくてはならない。

国際特許公開公報ＷＯ２００９／１２７９９３Ａ１は、１２〜２０ｍｍ^３のボリュームの放電空間内に電極が突き出ている放電容器を有する高圧ガス放電ランプについて説明する。放電空間は、希ガスと、水銀を含まない金属ハロゲン化組成物との充填材を有する。ランプは、９０ｌｍ／Ｗを超える効率に対応する光束を有し、２５Ｗの電力での定常状態運転で動作することを目的としている。好適な実施例では、放電空間は円筒形であり、２．２ｍｍの内径を有する。放電容器は、外側が楕円形であり、５．５ｍｍの外径を有する。決められた熱遷移係数（heat transition coefficient）を得るために、減圧されたガス充填材が充填された放電容器の周りに外部バルブが設けられる。放電容器は、１５〜１８バールのコールド圧力（cold pressure）でキセノンが充填される。第１の例ではＮａＩ及びＳｃＩ_３のみを含み、更なる例では追加的にＴｈＩ_４を含む金属ハロゲン化組成物が放電空間内に含まれる。金属ハロゲン化物は、１５．８μｇ／μｌ及び１０．５２μｇ／μｌの量で提供される。

今日の放電ランプでは、最高で５０００Ｋといった高い色温度の光を供給するランプに対する需要が増えている。したがって、低電力で高効率を目的とするランプデザインも、必要とされる色温度の光を供給するためには再デザインされる必要がある。

本発明は、高色温度を有し、低電力でのエネルギー効率のよい動作を可能にするランプを提供することを目的とする。

本件発明者は、金属ハロゲン化組成物を調節するだけ、即ち、放電容器内に含まれるハロゲン化物の種類及び相対量を調節するだけの単純な方法によって、高色温度用の放電ランプをデザインすることは、低動作電力、具体的には２５Ｗにおける高効率の要件と相いれないことを認識している。

色温度に対する様々なパラメータの影響を調査している際に、発明者は、放電空間のサイズ及び形状に関して放電容器内に提供されるハロゲン化物の量の注意深いマッチ（適合）が、色温度に決定的な影響を及ぼすという驚くべき発見をした。

これらの発見にしたがって、本発明は、少なくとも２つの電極がその中に突き出ている密封放電空間を画定する慣例の放電容器を含む放電ランプを提案する。放電空間は、好適にはキセノンである希ガスと、少なくとも実質的に水銀を含まない（即ち、水銀を全く含まないか又は水銀の不可避的な不純物のみを含む）金属ハロゲン化物との充填材を含む。

放電容器は、幾何学形状パラメータ、具体的には内径ＩＤ及び溝距離ＲＡによって画定される。内径とは、電極間の中心位置において測定される内部放電空間の直径である。溝距離ＲＡとは、放電容器の長手端間の距離で、電極が好適には石英ガラスである放電容器壁の材料内に埋め込まれている場所に形成される外側の溝の夫々の中心において測定される。したがって、溝距離ＲＡは、放電容器の長手方向の伸展の尺度である。

当業者には知られているように、放電容器内に提供される金属ハロゲン化物は、ランプの定常状態運転では、少なくとも部分的に気化している。水平配置におけるランプの動作後、ランプが消灯されると、金属ハロゲン化物は再び凝固して内側の放電容器の壁に膜（「ソルトレーク（salt lake）」とも呼ばれる）が形成される。この膜は、通常、中心で電極の下側にある放電容器壁の「最も冷たいスポット」の周りに凝結する。

このように形成する膜のサイズは、放電容器のサイズ及び形状と、提供される金属ハロゲン化物の量とに依存する。膜のサイズの尺度は、ｍｍ^２を単位とする表面積Ａ_ｓである。表面積Ａ_ｓは、水平方向における動作の後に真っ直ぐ下から再凝固した膜を有するランプを観察し、「ソルトレーク」の範囲を特定し、面を測定することによって測定される。

発明者は、溝距離ＲＡと内径ＩＤとの積を膜の表面積Ａ_ｓで割って計算されたマッチング商Ｑが、驚くべきことに、ランプから放射される光の色温度に関して重要な役割を果たすことを見出した。

２未満のマッチング商Ｑの値では、比較的低い色温度が達成される。２以上のマッチング商Ｑでは、所望の高い色温度が達成される。特に好適なマッチング商Ｑの値は２．５以上、更に好適には３以上である。マッチング商Ｑの特定値について得られる色温度の絶対値は、金属ハロゲン化組成物等といった更なるパラメータに依存するが、得られた色温度の相対値は、マッチング商Ｑへの強い依存度を示す。金属ハロゲン化組成物の好適な例では、マッチング商Ｑ＝２が、Ｔ＝約４７００の色温度をもたらす一方で、同じ金属ハロゲン化組成物、かつ、他のパラメータも変更しないで、マッチング商Ｑ＝３で、Ｔ＝略４９００の色温度が得られた。

この驚くべき影響は、マッチング商Ｑが、様々な温度で放電容器の一部にハロゲン化物が接触する方法を示すという事実によって説明される。定常状態における放電ランプの動作時、温度プロファイルが放電容器を囲む壁内に形成され、ホットスポットは電極間の中心でアーク放電の上側にあり、最も冷たいスポットはこれとは反対側で、電極間の中心で放電の下側にある。電極から放電容器壁に熱も結合されるので、電極が埋め込まれた放電容器の端部もかなり高温となる。したがって、結果として得られる温度プロファイルは、最も冷たいスポットと、電極が埋め込まれた長手方向の端との間の下部放電容器壁において著しい温度差を有する。放電容器内に含まれる金属ハロゲン化物は、特に気化されていないときは、この下部放電容器壁に接触する。ハロゲン化物は、それらの様々な温度において、放電容器壁のこれらの下部領域に接触しながら部分的に気化する。したがって、ソルトレークの範囲、ソルトレークを囲む放電容器壁の形状、及び温度プロファイル間のマッチに依存して、金属ハロゲン化物の様々な部分が、ランプの動作時に、様々な温度で気化し、様々な反応種の形成につながる。結果として、色温度は、上記要素間のマッチにある程度の依存度を示す。実験結果が示したように、マッチング商Ｑは、実際に、このマッチ（適合）のために良好な尺度であり、色温度への上記要素の影響のモデルを提供する。

したがって、マッチング商Ｑは、所望の高い色温度のランプをデザインするのに適した、放電容器の最も関連のある幾何学形状パラメータと、対応する金属ハロゲン化物充填材との特殊マッチの好都合な尺度を提供する。マッチング商Ｑをマッチングパラメータとして観察することにより、金属ハロゲン化物の最も効率のよい組成物を依然として使用でき、したがって、効率を著しく損なうことなく、高い色温度が得られる。したがって、本発明による２以上のマッチング商Ｑを有するランプは、高発光効率と高色温度との相反する要件を満たすことができる。

特に好適には、ランプは、２５Ｗの定常状態電力での動作時に、少なくとも１８００ｌｍの光束、即ち、７２ｌｍ／Ｗ以上の効率を出すように配置される。本コンテキストでは、参照としてｌｍを単位とする光束と、ｌｍ／Ｗを単位とする効率とは、常に、バーントイン（burnt-in）ランプにおいて測定される、即ち、放電ランプが最初に起動されてから通電（burn-in）シーケンスにしたがって１５時間動作された後に測定される。好適には、効率は７８ｌｍ／Ｗ以上といったように一層高くてもよい。

このような低電力における放電ランプの効率は、所望の値を達成するために多数のパラメータによって影響を受ける。以下に説明する好適な実施形態に関連してより明らかとなるように、２５Ｗで所望の効率のランプを達成するために使用される手段が幾つかある。これらの手段は、一方で、小さい内径と薄い壁とが高効率を達成するのに役立つ放電容器自体を指す。他方で、このことは、（組成物に含まれる他のハロゲン化物とは対照的に）比較的大量のナトリウム及びスカンジウムの発光ハロゲン化物を有する特定の組成物が提供される放電空間内の充填材を指す。更に、放電空間内の希ガスの高い圧力と、外部囲いを介する熱伝導を下げることに関する手段とが、より多くのルーメン出力を提供するのに役立つ。

放電容器は、例えば球形、円筒形、楕円形、又は任意の他の形状を有する。好適には、放電容器は、外側は楕円形で、内側は楕円形か又はより好適には円筒形である。好適な実施形態では、放電容器は、１５〜２１ｍｍ^３（即ち、μｌ）のボリュームを有する。更に好適には、１７〜２０ｍｍ^３のボリュームである。

放電容器の幾何学的デザインは、熱的検討事項に従って選択されるべきである。具体的には、高効率を達成するために、「最も冷たいスポット」の温度が高く維持されるべきである。一般に、放電容器の内径は比較的小さい、例えば２．０〜２．４ｍｍに選択されるべきである。内径は、放電容器壁に対しアークが近過ぎないように、好適には少なくとも２．０ｍｍであるべきである。好適な実施形態では、放電容器は、２．１〜２．３ｍｍの内径（電極間の中心の平面において電極に対して直交方向に測定される）を有する。

放電容器の壁厚（これも電極間の中心の平面において電極に対して直交方向に測定される）は、１．５〜１．９ｍｍとなるように選択されることが好適である。好適な実施形態では、壁厚は１．５〜１．７５ｍｍであり、したがって、熱放射が低下するため、低電力でも熱いままの比較的小型の放電容器が提供される。

好適には、内部放電空間には中央に配置された円筒部がある。したがって、内部放電容器壁は、好適には３〜５ｍｍの特定の長さに亘って直線である。円筒部に隣接して、放電容器の端部が形成され、電極が埋め込まれる箇所までつながる。溝距離ＲＡは、例えば６〜１０ｍｍ、好適には７〜９ｍｍ、最も好適には８±０．２ｍｍである。溝距離ＲＡの２５％乃至７５％の間、好適には５０％±１０％の長さを有する中央円筒部で形作られる放電空間に対して、所望の色温度を有するランプをデザインするのにマッチング商Ｑが特によく適していることが分かっている。

更なる好適な実施形態では、金属ハロゲン化組成物は、少なくとも、ナトリウム（Ｎａ）及びスカンジウム（Ｓｃ）のハロゲン化物、好適にはＮａＩ及びＳｃＩ_３を含む。Ｎａ及びＳｃのハロゲン化物の質量比は、（Ｎａハロゲン化物の質量）／（Ｓｃハロゲン化物の質量）＝０．８〜１．３、好適には０．９〜１．２である。好適には、金属ハロゲン化組成物は、ナトリウム及びスカンジウムのハロゲン化物以外の追加ハロゲン化物を含む。ツリウム及びインジウムのハロゲン化物を更に使用することが特に好適である。しかし、これらのハロゲン化物は、実質的にルーメン出力に貢献しないため、好適な実施形態では、金属ハロゲン化組成物は、少なくとも、スカンジウム及びナトリウムのハロゲン化物を６０重量％、好適には７０重量％以上、最も好適には７９±５重量％を含む。

特に、高い色温度を得るためには、金属ハロゲン化組成物がツリウムのハロゲン化物を含むことが更に好適である。好適には、金属ハロゲン化組成物は、少なくとも１０重量％のツリウムのハロゲン化物を含み、更に好適には、少なくとも１５重量％、最も好適には２０±３重量％を含む。また、特に、ある量のツリウムハロゲン化物を含む金属ハロゲン化組成物では、高い色温度のためには、０．０５〜０．７重量％、好適には０．４〜０．６重量％といった一定量のインジウムハロゲン化物を提供することが好適である。また、任意選択的に、例えば１〜４重量％である特定量のヨウ化トリウムが、金属ハロゲン化組成物内に存在してもよい。

放電空間内に提供される希ガスは、好適にはキセノンである。希ガスは、１０〜１８バールの冷温（２０℃）充填圧力で提供される。最も好適には、１２〜１６バールの比較的高いガス圧が使用される。このような高圧力は、高いルーメン出力を提供すると同時に、比較的高いバーニング電圧（burning voltage）をもたらす。

高効率を提供する追加の手段として、ランプは、放電容器の周りに提供される外部囲いを含む。外部囲いは、例えばＵＶ放射を遮断するといった他の使用に加えて、放電容器から外部への特定の、限定的な熱流量を達成するのに役立つ。外部囲いは、好適には石英ガラスで作られ、例えば円筒形、略楕円形等の任意の幾何学形状であってよい。外部囲いは、外部から密閉され、減圧（１バール未満の圧力）のガスで充填される。外部囲いは、低電力にも関わらず放電容器を比較的高い動作温度に維持する絶縁体として機能する。

放電容器からの熱流量を減少させるために、外部囲いは、放電容器からある距離に設けられる。測定のために、ここで言及する距離は、電極間の中心位置において取られたランプの断面で測定される。外部囲いのガス充填材は、所望の熱遷移係数λ／ｄ_２が達成されるように、距離と圧力と共に選択される。λ／ｄ_２の好適な値は、２３．３〜７５Ｗ／（ｍ^２Ｋ）である。好適には、外部囲いは、放電容器に対して０．２〜０．９ｍｍの距離に配置される。

好適な実施形態では、外部囲いのガス充填材は、１０〜７００ミリバール、更に好適には１０〜３００ミリバールの圧力にある。ガス充填材は、好適には希ガスであり、最も好適にはキセノン及びアルゴンから選択される。キセノンは熱伝導率が低いので、充填材中には、少なくとも２０％、更に好適には少なくとも５０％のキセノンを有することが好適である。

本発明は更に、電源に接続された上記放電ランプを含む照明システムに関する。好適には、電源は、放電ランプを、好適には点火及び初期ランアップ段階後に、２５Ｗの定常状態運転電力で動作させるように配置される。更に好適には、照明システムは、結果として生じるビームを形成するように、ランプから放射された光がリフレクタにおいて反射されるように、ランプがその中に取り付けられるリフレクタを含む。照明システムは、自動車の前方照明システムとして特に好適である。

本発明のこれらの並びに他の目的、特徴及び利点は、以下に説明する好適な実施形態から明らかとなろう。

図１は、本発明の一実施形態によるランプの側面図を示す。 図２は、図１に示されるランプの中心部の拡大図を示す。 図２ａは、図２における線Ａに沿っての断面図を示す。 図３ａは、動作後、放電容器内に形成されたソルトレークの写真を示す。 図３ｂは、動作後、放電容器内に形成されたソルトレークの写真を示す。 図４は、照明システムの概略図を示す。 図５は、金属ハロゲン化物の量に依存するソルトレークの表面積の図を示す。 図６は、マッチング商Ｑへの色温度の依存度を示す図を示す。

本発明の好適な実施形態は、車両のヘッドライトの自動車用ランプとして使用されることを目的とする。このような自動車用高圧ガス放電ランプ自体は知られているため、好適な実施形態の以下の説明は、主に、本発明の特殊な特徴に重点を置く。

図１は、放電ランプの第１の実施形態１０の側面図を示す。ランプは、バーナー１６に内部で接続される２つの電気接点１４を有する口金１２を含む。

バーナー１６は、石英ガラスで作られ、放電容器２０を取り囲む外部囲い（以下、外部バルブと呼ぶ）１８から構成される。放電容器２０も石英ガラスで作られ、ロッド状の電極２４が突き出ている内部放電空間２２を画定する。放電容器からのガラス材料は更に、ランプ１０の長手方向に延在して、平らなモリブデンフォイル２６を含む電極２４の電気接続部を密封する。

外部バルブ１８は、その中心位置では、円筒形であり、放電容器２０の周りにある距離を置いて配置され、これにより、外部バルブ空間２８が画定される。外部バルブ空間２８は密封される。

図２により詳細に示されるように、放電容器２０は、放電空間２２の周りに配置された外壁３０を有する。外壁３０の外形は楕円形である。放電空間２２は、長さＬ_ｃの中心円筒部３４を含む。製造時、放電容器は、円筒形の石英ガラス管から形成される。円錐端部３２は、溝形成プロセスで得られる。溝３６は、溝距離ＲＡに形成される。電極２４が端部３２内に挿入される。

したがって、最終的に得られる放電容器２０では、電極２４は、端部３２において放電容器壁３０内に埋め込まれる。

放電空間２０を囲む壁３０は、様々な厚さを有し、この厚さは、電極２４間の中心に対応する位置において最大となり、両側に向かって減少する。

放電容器２０は、溝距離ＲＡ、電極距離ｄ、円筒部長さＬ_ｃ、放電容器２０の内径ＩＤ、放電容器の壁厚ｗ_１、放電容器２０と外部バルブ１８との距離ｄ_２、外部バルブ１８の壁厚ｗ_２によって特徴付けられる。ここでは、ＩＤ、ｗ_１、ｄ_２、ｗ_２の値は、図２ａに示されるように、放電容器２０の中心垂直面で測定される。

ランプ１０は、自動車放電ランプとしては従来通り、電極２４間にアーク放電を点火することによって水平方向に動作される。発光は、水銀を含まず、希ガスだけでなく金属ハロゲン化物も含む、放電空間２２内に含まれる充填材によって影響される。

図示される放電ランプ１０の熱挙動について、動作時の水平方向によって、電極２４間のアーク放電は、アークより上側の放電容器２０の壁３０にホットスポットをもたらす。同様に、放電空間２２を囲む壁３０の反対側の部分は、比較的低い温度のままである（最も冷たいスポット）。

放電容器２０から外部への熱輸送を減少させるために、また、優れた有効性に必要な高温を維持するために、熱伝導率の低い外部バルブ１８を提供することが好適である。外部からの冷却を制限するために、外部バルブ１８は、密封され、熱伝導率が低い充填ガスで充填される。外部バルブの充填材は、１バール未満の減圧（２０℃でのランプの冷温状態で測定される）で提供される。以下に更に説明されるように、適切な充填ガスの選択は、適切な熱遷移係数λ／ｄ_２を介する放電容器２０から外部バルブ２８までの所望の熱伝導を達成するために、幾何学的配置と関連してなされるべきである。

外部への熱伝導は、大まかには、熱遷移係数λ／ｄ_２よって特徴付けられ、熱遷移係数は、外部バルブ充填材の熱伝導率λ（本コンテキストでは、常に８００℃の温度で測定される）を放電容器２０と外部バルブ１８との間の距離ｄ_２で割ったものとして計算される。

所望の熱遷移係数λ／ｄ_２を得るために、様々な種類の充填ガス、様々な値の充填圧力、及び様々な距離値ｄ_２が選択される。充填圧力は（１バール未満に、好適には７００ミリバール未満に、より好適には３００ミリバール未満に）下げられる。特に好適な値は、１００ミリバールの充填圧力である。しかし、好適な領域では、熱遷移係数は、圧力によってほとんど変わらないことが分かっている。

好適な距離ｄ_２は、０．２〜０．９ｍｍに及ぶ。充填材は、その熱伝導率値λ（８００℃で測定される）によって選択される任意の適切なガスである。例えばネオンの熱伝導率λは０．１２０Ｗ／（ｍＫ）であり、酸素の熱伝導率λは０．０７６Ｗ／（ｍＫ）であり、空気の熱伝導率λは０．０６８Ｗ／（ｍＫ）であり、窒素の熱伝導率λは０．０６６Ｗ／（ｍＫ）である。

良好な絶縁を得るために、特にアルゴン（０．０４５Ｗ／（ｍＫ））、キセノン（０．０１４Ｗ／（ｍＫ））、又はそれらの混合物が、充填ガスとして好適である。しかし、熱遷移係数は、当然ながら、距離ｄ_２に依存するので、十分に高いｄ_２で様々なガス充填材も選択される。

λ／ｄ_２の好適な値は、７．０Ｗ／（ｍ^２Ｋ）（例えばｄ_２＝１．９５ｍｍという大きい距離においてキセノン充填材によって達成される）から２２５Ｗ／（ｍ^２Ｋ）（例えばｄ_２＝０．２ｍｍという小さい距離においてアルゴン充填材によって達成される）に及ぶ。好適には、２３．３Ｗ／（ｍ^２Ｋ）（例えばｄ_２＝０．６ｍｍにおいてキセノン充填材によって達成される）から７５Ｗ／（ｍ^２Ｋ）（例えばｄ_２＝０．６ｍｍにおいてアルゴン充填材によって達成される）に及ぶ。

全体的に高いルーメン効率を有するランプデザインを提案できるためには、高効率に貢献する幾つかの要素が次のとおり調節される。

幾何学的ランプデザインについて、「最も冷たいスポット」の温度を上昇させるために熱手段が採用されるべきである。放電容器を小さく作ると、「最も冷たいスポット」の温度が上昇し、高効率に貢献する。したがって、放電容器の内径が小さいと高効率につながる。したがって、好適には２．１〜２．３ｍｍの内径ＩＤが提案される。

壁厚を減少させることによって外径が減少し、熱放射を減少させるので、「最も冷たいスポット」の温度及び効率が上がる。外径として、４．５〜６．５ｍｍが提案される。

また、封入された希ガス、好適にはキセノンの高圧を好適には１２〜１６バールに選択することによって、効率を更に向上させる。

更なる手段は、金属ハロゲン化組成物に関する。具体的には、ナトリウムハロゲン化物とスカンジウムハロゲン化物との質量比を１．０〜１．１の略最適値近くに選択することによって、高いアーク効率が得られる。

金属ハロゲン化組成物に関して、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ_３）及びヨウ化インジウム（ＩｎＩ）を追加で含む比較的大量のヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）及びヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ_３）を含む金属ハロゲン化組成物について、高効率が見出されている。

放電ランプの動作時、放電容器２０は、図２に示されるように水平方向に方向付けられる。放電容器壁３０の温度は一定ではなく、明確な温度プロファイルを示す。図２における下部の壁３０に関して、電極２４間の中心に最も冷たいスポット３８が形成される。その一方で、放電容器壁３０は、電極２４が放電容器２０の石英材料内に埋め込まれる埋め込み点３９において最高温度を有する。

冷たいランプ内では固体であり、ランプ１０の動作時に部分的に気化される金属ハロゲン化物は、下部放電容器壁３０と接触して放電空間２２内に含まれる。ソルトレークの範囲と、下部放電容器壁３０の接触部分の温度と依存して、金属ハロゲン化物は、様々な温度で気化する。大量の金属ハロゲン化物が提供され、ソルトレークが傾斜した端部３２まで（したがって、埋め込み点３９付近まで）広がると、最も冷たいスポット３８周りにおける温度よりもかなり高温で、相当量の金属ハロゲン化物が気化される。

以下に詳細に説明される実験が示した通り、このことは、得られる色温度に影響を及ぼす。様々な温度における金属ハロゲン化物の気化によって様々な反応種が形成されるからである。

以下、上記に関連する観察に従って、２５Ｗの動作電力（公称動作電力）の（定常状態）レベルで使用されることを意図するランプの一実施形態について説明される。高いランプ有効性を達成するために、ランプの熱特性に関して特定のデザインが選択される。

好適な実施例では、次のような放電容器及び外部バルブが提供される。

放電空間２２の充填材は、キセノンと次のとおりの金属ハロゲン化組成物とから構成される。

上記金属ハロゲン化組成物が、ランプのバッチ中の上記ランプの放電容器内に提供された。各バッチは１００μｇ乃至３００μｇの様々な量を有する。いずれの場合も、生成された光束、得られた色座標及び色温度が観察された。両方の組成物が、偏差がほとんどない状態で同じ挙動を示した。したがって、これらは合わせて以下に説明される。

放電ランプの動作後に形成されるソルトレークの範囲が観察された。いずれの場合も、ランプは、３０分間の間、定常状態運転で動作されて消灯された。金属ハロゲン化組成物は、予想通り、放電容器内で凝固し、最も冷たいスポットの周りに略位置付けられるソルトレークを形成した。ランプは、下から観察され（図３ａ、３ｂを参照）、ソルトレークの範囲が測定された。具体的には、ソルトレークの表面積Ａ_ｓがｍｍ^２を単位として測定された。当業者であれば当然理解できるように、片側からのみで円筒形容器内に形成されたソルトレークを観察すると、特定の系統的誤差をもたらすが、それでもなお、得られた値は、十分に正確な結果を示したことが分かった。

図５に示されるように、ｍｍ^２を単位として測定された面積Ａ_ｓは、放電容器の所与の形状について、放電容器内に導入された金属ハロゲン化物の量に依存する。

驚くべきことに、マッチング商Ｑが、ソルトレークの表面積Ａ_ｓ、溝距離ＲＡ、及び放電容器の内径ＩＤから得られることが分かった。同一の組成の金属ハロゲン化物を有する放電ランプ１０から放射される光の色温度は、このマッチング商Ｑ（Ｑ＝ＲＡｘＩＤ／Ａ_ｓと計算される）への強い依存度を示したことが分かっている。

図６は、マッチング商Ｑへの色温度の依存度のグラフを示す。

図６から分かるように、得られる色温度は、マッチング商Ｑと共に略線形に増加する。所与の金属ハロゲン化組成物について、マッチング商Ｑ＝１．５において、４６００Ｋ未満の色温度が得られる一方で、２以上のマッチング商Ｑの値では、４７００Ｋ以上の色温度が得られ、Ｑ＝３では最高で約４９００Ｋが得られる。

したがって、上述したように、ソルトレークの範囲によって、加熱された放電容器のどの部分が接触されるのかが決定されるので、金属ハロゲン化物が気化する温度を決定し、色温度への強い影響がもたらされる。

両方の金属ハロゲン化組成物では、２５Ｗにおける動作では、ランプの光束（１５時間のバーンイン（burn-in）後に測定）は、１００μｇの金属ハロゲン化物での２１８８ｌｍから３００μｇでの２３２０ｌｍの間で変動し、これは、８７．５〜９２．８ｌｍ／Ｗの効率に対応する。したがって、ハロゲン化物の量を減少させることによってある程度効率が損失するが、最も高い商Ｑ＝３．２（１００μｇのハロゲン化物について）を有するバッチでも、依然として自動車前方照明用に十分な効率を示した。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示かつ説明されたが、このような例示及び説明は、例示であって限定と考えられるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態への他の変更は、図面、開示内容及び添付の特許請求の範囲の検討から、クレームされた発明を実施する際に、当業者によって理解かつ実現される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからと言って、それらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (20)

1. 少なくとも２つの電極を有する密封された内部放電空間を画定する放電容器を含む放電ランプであって、前記内部放電空間は、希ガスと金属ハロゲン化組成物との充填材を含み、前記充填材は、水銀を実質的に含まず、
   前記放電容器は、前記電極が埋め込まれている外部溝を含み、前記外部溝間の溝距離がＲＡで配置され、
   前記放電容器は、内径ＩＤを持ち、
   前記放電ランプの動作時、前記電極間にアーク放電が形成され、前記金属ハロゲン化組成物は、前記放電ランプが消灯された後に前記金属ハロゲン化組成物が前記放電容器の内壁に膜を形成するように、少なくとも部分的に気化され、前記膜は表面積Ａ_ｓを持ち、
   前記金属ハロゲン化組成物は、Ｑ＝ＲＡｘＩＤ／Ａ_ｓとして計算されるマッチング商が２以上の値を有するような量で前記内部放電空間内に提供されている、放電ランプ。
2. ２５Ｗの電力での動作時、少なくとも１８００ｌｍの光束をもたらすように配置される、請求項１に記載される放電ランプ。
3. 前記マッチング商は、２．５以上の値を有する、請求項１又は２に記載の放電ランプ。
4. 前記マッチング商は、３以上の値を有する、請求項３に記載の放電ランプ。
5. 前記内部放電空間は、前記電極間の中心部において円筒部を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の放電ランプ。
6. 前記円筒部は、３〜５ｍｍの長さを有する、請求項５に記載の放電ランプ。
7. 前記内部放電空間は、１５〜２１ｍｍ^３のボリュームを有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の放電ランプ。
8. 前記内部放電空間は、１７〜２０ｍｍ^３のボリュームを有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の放電ランプ。
9. 前記放電容器は、２．０〜２．４ｍｍの内径ＩＤを有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の放電ランプ。
10. 前記放電容器は、２．１〜２．３ｍｍの内径ＩＤを有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の放電ランプ。
11. 前記金属ハロゲン化組成物は、少なくとも、ナトリウム及びスカンジウムのハロゲン化物を含み、ナトリウム及びスカンジウムのハロゲン化物の質量比は、０．８〜１．３である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の放電ランプ。
12. 前記金属ハロゲン化組成物は、少なくとも、ナトリウム及びスカンジウムのハロゲン化物を含み、ナトリウム及びスカンジウムのハロゲン化物の質量比は、０．９〜１．２である、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の放電ランプ。
13. 前記金属ハロゲン化組成物は、少なくとも１０重量％のツリウムハロゲン化物を含む、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の放電ランプ。
14. 前記金属ハロゲン化組成物は、０．０５〜０．７重量％のインジウムハロゲン化物を含む、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の放電ランプ。
15. 前記金属ハロゲン化組成物は、少なくとも、ナトリウム、スカンジウム、ツリウム、及びインジウムのハロゲン化物を含む、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の放電ランプ。
16. 前記内部放電空間内の前記希ガスは、１０〜１８バールのコールド圧力で提供されるキセノンである、請求項１乃至１５の何れか一項に記載の放電ランプ。
17. 前記内部放電空間内の前記希ガスは、１２〜１６バールのコールド圧力で提供されるキセノンである、請求項１６に記載の放電ランプ。
18. 前記放電容器の周りに提供される外部囲いを更に含み、前記外部囲いは、密封され、１バール未満の圧力のガスで充填される、請求項１乃至１７の何れか一項に記載の放電ランプ。
19. 前記外部囲いは、前記放電容器から距離ｄ_２で配置され、熱伝導係数λ／ｄ_２が２３．３〜７５Ｗ／（ｍ^２Ｋ）であるように充填ガスで充填され、ここでλは８００℃で測定された充填ガスの熱伝導率であり、ｄ_２は前記外部囲いと前記放電容器との間の距離である、請求項１８に記載の放電ランプ。
20. 少なくとも、請求項１乃至１９の何れか一項に記載の放電ランプを含み、
    前記放電ランプは、電源に接続される、照明システム。